BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Masalah postur tubuh pendek masih menjadi permasalah yang merata dikalangan umat manusia. Sehingga penerimaan kerja atau pendaftaran lamaran kerja terkadang harus memiliki tinggi badan yang ideal yang dianjurkan menurut persyaratan mereka. Dan hal ini banyak menimbulkan keluhan bagi para pelamar yang tidak dapat memenuhi persyaratan tersebut.

Sebab itu banyak orang menempuh berbagai macam cara untuk meningkatkan tinggi badan yang di inginkan, dan kemungkinan akan menimbulkan efek samping yang berbahaya bagi tubuh mereka dikemudian hari.

Hal-hal tersebut membuat penulis tertarik untuk memilih masalah ini dengan tema rancang bangu alat peninggi badan yang membahas tentang analisa perhitungan beberapa elemen alat peninggi badan tersebut.

B. Manfaat

1. Dapat mengembangkan ilmu yang didapat baik teori maupun praktek.

2. Menjadikan bahan perbandingan dan masukan.

3. Dapat mengetaahui tentang sistem kerja alat peninggi badan ini.

C. Topik Bahasan

1. Prinsip alat kerja

2. Perhitungan Daya, Poros berulir, baut, beam,bantalan, dan penpenahan

3. Gambarasembling

4. Perawatan dan perbaikan

1

BAB II

TEORI DASAR

A. Konstruksi alat yang direncanakan

Gambar 1 Rancangan konstruksi

Keterangan gambar :

1. Rumah poros2. Pedal pemutar3. Kaki belakang4. Batang penahan kaki5. Jok6. Bantalan kepala7. Kaki depan

2

23

1

4

5

6

7

B. Prinsip kerja alat peninggi badan

Pengguna dapat berbaring diatas jok posisi tidur, dan posisi kaki yang isesuaikan. Pasang sabuk pengaman penahan badan dan penahan dagu dan sesuaikan dengan ukuran tubuh pengguna agar ketika proses penarikan dapat tertahan

Kemudian pengguna memutar pedal yang berada diposisi kanan tubuh, putar seatrah jarum jam. Hal demikian akan membuat mur penggerak bergerak dan mendorong batang penahan kaki yang dihubungkan oleh plat penghubung, kemudian menyebabkan kaki tertarik secara perlahan-lahan hinga batas maksimal mur penggerak, diamkan selama 15 menit , kemudian putar kembali pedal arah berlawanan jarum jam untuk mengembalikan posisi semula setalah itu lepaskan kaki dari penahan kaki dan sabuk pengaman.

C. Proses penambahan tinggi badan

Sel-sel tulang sangat mempengaruhi terhadap pertumbuhan tingibadan, dan masa pertumbuhan pun mempunyai batasan, pada wanita masa pertumbuhan terhenti pada usia 19 tahun, sedangkan prai 22 tahun.

Selain faktor keturunan, faktor lingkungan juga dapat mempengaruhi tinggi badan, faktor lingkungan biasanya diperoleh melalui kegiatan berolah raga, seperti bola basket, bola volly, dan yang lainnya.

Untuk itu timbullah ide untuk menciptakan sebuah konstruksi alat peninggi badan yang murah dan mudah untuk digunakan tanpa pengeluaran tenaga dan juga keringat dengan susah payah yaitu dengan cara sistem penarikan pada bagian kaki.ini pun dilakukan secara manual oleh si pengguna sendiri atau dibantu dengan orang lain.

3

D. Komponen-komponen utama pada alat peninggi badan

1. Rangka alat

Terbuat dari profil persegi 50 mm x 28 mm dan 65 mm x 40 mm yang berfungsi sebagai penegak konstruksi alat secara kokoh.

Gambar 2 Rangka alat

2. Poros berulir

Poros ini terdiri dari dua ulir, yaitu ulir kanan dan ulir kiri yang berfungsi alur mur penggerak agar dapat bergarak maju mundur.

Gambar 3 Poros berulir

4

3. Pedal pemutar

Pedal pemutar merupakan pentransper daya langsung dari pengguna untuk mengoprasikan kerja alat.

Gambar 4 pedal pemutar

4. Sarung batang penahan kaki

Komponenini berfungsi sebagai sarung dan sekaligus pentransper daya kebatang penahan kaki.

Gambar 5 Sarung batang penahan kaki

5. Mur penggerak

Terdiri dari dua pes mur, yaitu mur ulir kanan dan mur ulir kiri.

Gambar 6 Mur penggerak

5

6. Plat penghubung

Berfungsi untuk menghubungkan mur penggerak dengan sarung batang penahan kaki. Diujung plat penahan ini dipasang bantalan yang berfungsi sebagai engsel.

Gambar 7 Plat penghubung

7. Jok

Agar lebih nyaman jok terbuat dari busa yang terdiri dari 2 bagian, jok bagian atas dan bagian bawah.pada bagian atas jok dilengkapi dengan bantalan kepala yang dapat diatur posisinya sesuai dengan ukuran kepala sipengguna. Jok ini didesign sesuai dengan ukuran tubuh manusia.

Gambar 8 Jok

6

8. Pen penahan

Digunakan sebagai penahan pada pengaturan pada batang penahan kaki. Terbuat dari baja ST 37.

Gambar 9 Pen penahan

9. Batang penahan kaki

Alat ini dilengkapi dengan lubang lubang pengaturan yang dapat menyesuaikan tinggi badan penguna. Bagian penahan kaki dilengkapi dengan busa agar lebih lembut saat penahan kaki dalam proses penariakan nantinya.

Gambar 10 Batang penahan kaki

7

10. Bantalan

Bantalan yang dipakai terdiri dari dua buah bantalan yaitu bantalan berdiameter dalam 15 mm (sebagai bantalan poros) dan 8 mm (sebagai landasan sarung batang penggerak).

11. Sabuk penahan

Sabuk penahan terdiri dari dua jenis, yaitu sabuk penahan dagu dan sabuk penahan pinggang. Pada sabuk penahan dagu dilengkapi dengan busa agar terasa lebih lembut pada saat menahan dagu.

8

BAB III

PEMBAHASAN

A. Daya pada pedal pemutar

Untuk menentukan daya kita misalkan beban 90 Kg seperti pada gambar.

Gambaran beban pada plat penghubung.

Beban 90 Kg tersebut terbagi masing – masing plat penghubung I dan II, 45 Kg dan nilai θ = 150

Maka Vektor yang terjadi

Vektor gaya

9

F1 = F2 =

F1 = F2 = 173,87 Kg

Gaya gesek maximum terjadi pada saat awal gerakan yaitu pengaruh besarnya nila cos θ, dimana :

Ft2 = Ft1 = F1 . Cos θ

= 173,87 Kg * Cos 150

= 167,95 Kg

Maka beban gesek maximum :

W = Ft1 + Ft2

=167,95 Kg + 167,95 Kg

= 335,9 kg

Torsi gesek yang terjadi pada mur :

Tg = W. Tg (θ + α) rp

= W. Tg (θ + α)

Diketahui :

10

Gambar Ulir

dp =

dimana :

p = pitch

d minor : d mayor -1,082532 . p .........(Sularso, 1997,hal.284)

: 20 - (1,082532) . 1,72

: 20 - 1,86

: 18,14 mm

Maka :

Dp =

= 19,07

Θ = sudut helix

Gambar bidang miring ulir

11

Tg θ =

θ = arc tg

= arc tg

= 1,6450

α = sudut gesek

tg α = µ s .............. (Ferdinand F Bear, 1996, hal.289)

µ s = logam - logam = 0,15

tg α = 0,15

α = 8,53

Maka :

Tg = W . tg (θ + α)

= 335,9 Kg . tg (1,645 + 8,53) .

12

= 574,83 Kg mm

Torsi pedal

Tp = Ftg x L

Dimana :

Tp = Torsi pedal {Kg mm}

Ftg = Gaya tangan {Kg}

L = Panjang lengan pedal {mm} = {100 mm}

Karena poros ber ulir berhubungan langsung dengan pedal pemutar maka :

Tg : Tp

Tg : Ftg . L

Sehingga :

Ftg =

=

= 5,7483 Kg

Tp = Tg

= 574,83 Kg mm

= 0,57483 Kg m

Maka daya yang dibutuhkan sebesar :

13

P = Tp . W

= Tp .

Dimana :

n = putaran pedal pemutar dengan nilai n diambil 30 rpm

Maka Daya :

P = 0,57483 Kg m x

= 1,8 Hp note :( 1Hp = 750w)

= 1,35 Kw

B. Poros

Bahan poros yang digunakan yaitu SNC21 degan kekuatan tarik B = 80

Kg/mm2 .........(sularso, 1997, Element mesin, Hal 3)

Tegangan geser izin bahan poros

𝜏a = .........(sularso, 1997, Element mesin, Hal 8)

Dimana:

𝜏a = tegangan geser izin (Kg/mm2)

𝜏B = tegangan tari bahan (Kg/mm2)

Sf1 = Faktor pengaruh fasa dan paduan = 6

14

Sf2 = Faktor pengaruh konsentrasi tegangan dan kekerasan permukaan = 1,3 – 3,0

Maka :

𝜏a = = 10,25

1. Gaya vertkala. Massa poros

a. Massa jenis baja = {7,85 gr/cm3} .....(Khurmi R.S.,1982 hal 25)= {0,00785 Kg/cm3}

b. Diameter poros = {2 cm}

c. Panjang poros = {40 cm}

Luas penampang Poros

A = d2 = (2)2

= 3,14 cm2

Volume poros

V = A . L

= 3,14 cm2 . 40 cm

= 94,2 cm3

Maka massa poros = ρ . V

= 0,00785 Kg/cm3 . 94,2 cm3

15

= 0,985

b. Massa pedal

Massa pedal diambil berdasarkan timbangan yaitu sebesar 0,2 Kg

FBD Vertikal

Gambar FBD Vertikal

Dengan : MF = massa poros = 0,985 Kg

ME = massa pedal = 0,2 Kg

Maka :

ƩMAv = 0

0 = MFv . 80 – RBv .360 + Mev . 380

RBv =

= 0,7036 Kg

ƩMBv = 0

0 = -RAv +MFv – RBv + Mev

RAv = 0,7036 Kg + 0,985 Kg +0,2 Kg

= 0,4814

Sehingga momen pada setiap titik :

MAv = 0

16

MBv = Me.20

= 0,2 Kg . 20

= 4 Kgmm

MFv = RAv . 180

= 0,4814 Kg . 180

= 86,652 Kgmm

MEv = 0

2. Gaya Horizontal

Gambar gaya horizontal yang terjadi pada poros

Maka FBD Horizontal adalah :

17

Gambar FBD Horizontal

Sehingga

ƩMAH = 0

0 = FC.16,2 + FD.197,5 + RBH.360 + Fe.380

RBH =

= 33,4575 Kg

ƩFAH = 0

0 = -RAH + FCH + FDH - RBH + FEH

RAH = 45 Kg + 45 Kg - 33,4575 Kg + 6,39 Kg

= 62,9 Kg

MCH = RAH . 162,5

= 62,9 . 162,5

= 10221,3 Kgmm

MDH = (RBH . 162,5 mm) + (FEH . 182,5 mm)

= (33,4575Kg . 162,5mm) + (6,39Kg .182,5mm)

= 6603

MEH = 0

18

Maka didapat Resultan Momen :

MA = 0

MB =

=

= 4 Kgmm

MC = MCH = 10221,3 Kgmm

MD = MDH = 6603 Kgmm

ME = 0

MF = MFv

= 86,652 Kgmm

Nilai untuk perhitungan yang diambil yaitu nilai momen yang maksimum

yaitu di titik D = 6603 Kgmm

Te = .....(Khurmi R.S.,1982 hal 431)

Dimana :

Fv = MFv + MEv

= 0,985 Kg + 0,2 Kg

= 1,185 Kg

FH = FC + FD + FCv

= 45 Kg + 45 Kg + 6,39 Kg

= 96,39 Kg

19

F =

= 96,4 Kg

T = F . Rporos

= 96,4 Kg . 10 mm

= 964 Kgmm

Sehingga :

T =

=

= 9951,3 Kgmm

Maka diameter poros

Ds = [ ] . [ ]1/3....(sularso,

1997, hal 18)

Karena poros yang digunakan yaitu diameter 20 mm ≥ 10,7 mm. Maka poros yang digunakan dianggap aman.

C. Kekuatan las

20

Setiap titik atau daerah yang dilas menggunakan las bernomor

E6013 dengan diameter 3,2 dan 𝜏 ijin bahan las 62 Kpsi ..............(shinley, 1986 hal 444)

𝜏 ijin bahan las = [Kg/mm2]

= 43,59 Kg/mm2

𝜏 ijn las = ½ 𝜏 ijin bahan las

= ½ x 43,59 Kg/mm2

= 21,795 Kg/mm2

1. Kekuatan las pada batang penahan kaki

Gambar las pada batang penahan kaki

21

Maka :FBD tegangan gesernya adalah :

Gambar FBDtegangan geser

FBD tegangan lentur

Gambar FBD tegangan lentur

22

Dimana :P = Gaya tarik pada batang penahan kaki [Kg]

= 100 KgL = Jarak gaya dengan sumbu putar [mm]

= 50 mmh = Tebal las [mm]

= 3 mmd = Panjang pengelasan [mm]

= 50 mmb = Panjang pengelasan [mm]

= 28 mmα = Sudut 450

Dari gambar ilustrasi diatas maka diambil kesimpulan daerah lasan mengalami tegangan tarik langsuang dan mengalami momen bengkok (tegangan lentur).Luas area lasan untuk bentuk persegi pajang :A = 1,414 h (b+b) ....... (Shigley .E. Joseph, 1986, hal 443)Dimana :

A = luasan daerah lasan [mm2]h = Panjang leher lasan [mm]b = panjang lasan 1 [mm]d = Panjang lasan 2 [mm]

Maka :A = 1,414 (3) . (28 + 50)

= 330,876 mm2

Tegangan geser :𝜏g = P/A

=

= 0,272 Kg/mm2

Tegangan lentur

23

𝜏b = ....... (Shigley .E. Joseph, 1986, hal

442)Dimana :𝜏b = Tegangan lentur bengkok [Kg/mm2]

M = Momen yang terjadi [Kgmm]M = P . L

= 90 Kg x 50 mm= 4500 Kgmm

Maka :𝜏b =

= 1,515 Kg/mm2

Sehingga tegangan maksimum yang terjadi :𝜏max = 𝜏g + 𝜏b

= 0,272 Kg/mm2 + 1,515 Kg/mm2

= 1,787 Kg/mm2

Karena 𝜏max las ≤ 𝜏tarik ijin maka daerah lasan dianggap

aman.

24

D. Pembebanan batang rangka

Batang rangka dianggap sebagai beam dengan bentuka yang

sama berat. Dimana tubuh sebagai beban yang merata pada

beam. Diambil berat 90 Kg untuk berat rata – rat maksimum

bahan beam yaitu ST 37 dengan tegangan tarik 37 Kg/mm2.

Gambar pembebanan pada batang rangka

q = F/L

Dimana :

q = Beban / satuan panjang

F = Beban total

L = Panjang beam

Maka :

q =

25

= 0,06 Kg/mm

Momen maksimum yang terjadi :

Gambar momen maksimumX = 1170 mmM = w . x/2 w = q . x

= q . x . x/2= q . x2/2

x = LMaka :M = q . L2/2Fb = M/I . Y ........(sularso,1997, hal 112)Dimana :Fb = Momen bengkokM = Momen maksimum beamI = Momen inersia beamY = Jarak terjauh dari sumbu simetri

Gambar penampang beam

26

h = Lebar [mm]

b = Panjang [mm]

h1 = Lebar bagian dalam [mm]

b1 = Panjang bagian dalam [mm]

maka :

I = b h3 - b1 h13

= (50 . 283) - (44 . 223)

= 52424 mm4

Y = h = (28) = 14

Fb = . Y

= . (14)

= . 14

= 10,98 Kg/mm2

Sehingga

27

𝜏a ijin > FbMaka beam dianggapa aman.

28

E. Baut

Baut yang dihitung terletak pada batang penghubung dan

mur penggerak. Baut dengan nomor M8 dengan tegangan tarik

ijin 80 Kg/mm2.

𝜏a = ....(Westerman Tables,1961,hal 84)

Dimana :

W = beban maksimum = F1 = 193,18 pjk,o... Kg

D = diameter luar baut = 20 mm

J = Faktor efektif = 0,75 .....(sularso,1997,hal 297)

P = Jarak bagi = 1,25 mm ...(westermenTable,1961,

hal 85).

Z = jumlah ulir.

H = z . p ......(Sularso, 1997, hal 297)

Z = H/P

= 0,8 (20) / 1,25

=12,8 [buah]

= 13 [buah]

Maka :

𝜏a =

= 0,25 Kg/mm2

Karena 𝜏a ≤ 𝜏ijin baut maka baut yang digunakan dianggap

aman.

29

F. Pen Penahan

Pada pen penahan terjadi tegangan geser yang diakibatkan

adanya gaya tarik pada batang penahan kaki. Pen yang dirancang

berdiameter 10 mmdan bahan yang digunakan adalah ST 37.

Maka didapat tegangan geser ijin pen :

𝜏a = ......(Sularso, 1997, Elemen Mesin, Hal 8)

Dimana :𝜏a = Tegangan geser ijin [Kg/mm2]𝜏b = tegangan tarik bahan [Kg/mm2]

Sf1 = faktor pengaruh massa dan baja paduan = 6

Sf2 = faktor pengaruh konsentrasi tegangan dan kekerasan

permukaan = 1,3 – 3,0

Maka :

𝜏a =

= 4,74 Kg/mm2

30

Gambar gaya geser yang terjadi pada pen

Keteranagn :

d = Diameter pen [mm]

= 10 mm

A = Luas penampang tegangan geser [mm2]

Dimana :

A = π/4 . d2

= 3,14/4 . 102

= 78,5 mm2

Sehingga tegangan geser yang terjadi :

Tg = F / A

Dimana :

Tg = Tegangan geser [Kg/mm2]

F = Gaya geser [Kg]

A = Luas penampang bidang geser [mm2]

Maka :

Tg = 90 Kg / 78,5 mm2

= 1,146 Kg/mm2

Karena 𝜏 geser ijin ≤ 𝜏 ijin pen maka pen yang digunakan

dianggap aman.

31

BAB IV

PERAWATAN DAN PERBAIKAN

A. Perawatan alat

Perawatan alat merupakan suatu kegiatan untukmemelihara dan menjaga

setiap fasilitas dan komponen-komponen agar dapat bertahan lebih lama.

Prinsip kerja dari pada alat peninggi badan ini harus dikuasai, agar dapat

memelihara dengan baik dan benar.

Tujuan utama untuk memelihara alat peninggi badan ini adalah untuk:

1. Menjaga seluruh komponen selalu dalam keadaan baik dan siap pakai;

2. Menghindari terjadinya kerusakan;

3. Alt dapat beroprasi dengan baik, sehingga mendapatkan hasil yang

dicapai.

Dalam prekteknya kegiatan perawatan pada peralatan dapat dilakukan

dengan dua cara:

1. Perawatan rutin

Yaitu perawatan yang dilakukan secara terus menerus, misalnya setiap

hari atau setelah selesai pemakaian.

Pada alat peninggi badan ini dapat kita lakukan kegiatan rutin yaitu

pemberian oli pada poros agar melindungi poros dari kontak

langsungdengan udara, dan mencegah keausan.

2. Perawatan secara Priodik

Yaitu kegiatan perawatan yang dilakukan dalam jangka waktu tertentu,

missalnya, setiap minggu, setiap bulan, dan seterusnya.

Pada alat peninggi badan ini contohnya pada bantalan, dan baut-baut

yang kendor, serta pemberian gemuk pada bantalan.

32

B. Perbaikan Alat

Adapun perbaikan yang dilakukan hanya sebatas penggantian dari

komponen-komponen yang mengalami kerusakan kerusakan saja,

sehingga harus diganti dengan yang baru untuk menghindari kerusakan

kerusakan pada bagian bagian lain yang saling berhubungan.

33

BAB IV

PENUTUP

A. Kesimpulan

Berdasarkan perhitungan yang diperoleh maka dapat diambil

kesimpulan sebagai berikut :

1. Alat ini dapat digunakan dengan beban maksimum 90 Kg.

2. Gaya tangan yang dibutuhkan sebesar 5,7483 Kg untuk beban 90 Kg.

3. Agar lebih aman poros yang digunakan berdiameter 20 mm.

4. Kawat las yang digunakan dengan nomor E6013

5. Baut yang digunakan M8.

B. Saran

1. Dilakukan pelumasan pada komponen yang mengalami gesekan agr adat

dapat bekerja dengan baik dan terawat.

2. Dilakukan perawatan berkala untuk menjaga umur alat.

3. Priksa alat komponen ketika akan digunakan

4. Gunakan alat dengan benar sesuai dengan fungsinya.

34

DAFTAR PUSTAKA

Khurmi, R.S., Gupta J.K. 1982. A Text Book Of Machine Design. Eurasia

Publishing House LTD. New Delhi.

Beer, Ferdinand P,dkk. 1996. Mekanika Untuk Insinyur : Statika. Erlangga.

Jakarta.

Sularso dan Suga, Kiyokatsu. 1997. Dasar perencanaan dan pemilihan elemen

Mesin. Pradnya Paramita. Jakarta.

Shigley, Joseph E, 1986. Perencanaan Teknik Mesin : PT Pradnya Paramita.

Jakarta.

35